交互式电子标签智慧仓储拣选系统的设计与实现

交互式电子标签智慧仓储拣选系统的设计与实现

于双龙、许琴

杭州美思特智能科技股份有限公司，浙江省杭州市310000

摘要：随着综合国力的提高，５Ｇ等信息技术的快速发展，仓储及物流的管理向着智慧化、数字化、平台化的方向推进。智能仓储管理系统能减轻人工日常管理工作的压力，提升工作效率、准确性以及服务品质。但当前多数企业仓储、物流管理还普遍存在现场管理不善、账物数据不符、货物积压呆滞、人力成本过大、成本不易控制等实际情况。因此，研究先进的智能仓储物流管理系统，发挥智能仓储及物流关键技术作用以提高仓储物流管理效率、降低运营成本已经成为当前的热点。

关键词：交互式电子标签；智慧仓储拣选系统；设计与实现

引言

物联网技术作为连接物理世界和数字世界的技术网络，通过传感器、设备、物体等在互联网上的互相连接和通信，实现了物品之间的智能化交互和信息的实时采集、传输、处理和应用。在智能仓储管理系统中，物联网技术可以实现对仓库环境、设备状态、库存信息等的精准监控和管理，从而提高仓储管理的效率、准确性和安全性。例如，通过传感器可以实时监测仓库温湿度、光照等环境因素，预警可能的异常情况；通过射频识别(radiofrequencyidentification，ＲFID)技术可以实现对货物的实时追踪和管理；通过无线通信技术可以实现设备之间的远程控制和监控。这些物联网技术的应用使得智能仓储管理系统具有了更强大的功能和优势。

1仓储物流管理现状及实现智能化的必要性

随着科技革命的深入发展，机械化与信息化的程度逐渐提高。从机械化的角度看，叉车、托盘等大型设备在物流仓储信息管理系统中使用效果优良，全国的仓储机械化作业率较高，管理信息化程度也占有相当重要的比例。从信息化的角度看，我国的仓储信息化水平正在向智能化的方向迈进，条形码、二维码等技术以及物流信息实时更新追踪等都有了较大的提升，在专业仓储行业的应用比例都有了较大的提高。然而，我国的物流存在建设成本高、企业规模小、自动化技术普及程度低等问题，制约着我国物流行业信息的发展。我国的物流行业成本一直居高不下，有关数据表明，近几年来我国的物流费用在国民经济生产总值中占比较高。如何控制和降低其在国民经济中的占比，关系到每个人的切身利益。我国企业的乱象还很明显，且技术水平低下，企业的数量和就业人数都在上升。技术含量低，基本不提供物流增值服务。行业的投机性强，抗风险能力弱是一些传统的仓储服务的特点，难以在激烈的市场竞争中占有一席之地。行业内基础设施水平还比较落后，智能化的系统在仓储行业内尚未得到广泛应用。一些基于互联网的仓储平台还没有成熟的商业发展模式，有待完善。新兴的仓储领域快速发展，在提高用户体验、提升配送效率等方面做出了改进和创新。企业要加快基础设施建设。另一方面，要扩大对外开放，吸引外资建设成本，在资本市场的推动下，使仓储领域和技术获得较快发展。我国的仓储行业转型升级获得了显著成果，在经营模式上，仓储企业正在不断更新技术发展水平，转变企业发展模式，努力实现仓库空间的最大化效率。在发展方向上，企业通过兼收并蓄，延长企业产业链、服务链，实现仓储领域和网络化的深度融合。随着制造业工业化水平的不断提高，商贸流通外包需求也在快速增长，中国经济的持续健康发展，也为物流行业的快速发展提供了巨大的市场需求，为物流行业的发展带来了新的增长极。

2智能仓储控制系统的构架

目前，智能仓储控制系统已经在发展过程中尝试无线通信技术与射频技术的有效结合，这些先进技术的融入可以促使仓储控制系统实现二次升级和改造，凭借无线网络的快捷性、灵活性与开放性，可以充分满足智能仓储控制系统中数据低频率和近距离的需求。与此同时，在RFID无线射频技术的发展进程中，在传统的货物入出库方面获得了创新化的发展和改革。RFID具有读写效率高、接触线不强的优势特点，实现货物在拣货、出入库等环节中逐渐趋向于智能化和机械化。智能仓储控制系统由多种模块组建而成，主要包括信息管理模块、PLC模块和存储作业模块等等。信息管理模块可以细分为仓库信息模块、货物信息模块和用户信息模块三方面，其中用户信息模块主要意指系统所面向的对象大多数是仓库的工作人员和企业客户，在此模块中主要负责的是客户的信息管理以及管理阶层的人员管理。用户信息模块的功能效益体现在对广大用户的个人信息实现科学管理、查询和删除，可以在指定的时间范围内保证系统信息的安全性。而货物和仓库的信息管理所管理的对象是货物，主要是对货物的规格型号、存储位置和使用状况等展开动态化监控[1-3]。结合控制系统的具体要求可以将PLC控制模块细分为出入库货台控制模块和堆垛机控制模块，前者主要针对恒定的货物出入库的频率，自主选择直流电机加以控制；后者的作用体现在确保货物可以精准运输到相应的位置，堆垛机的动能需要伺服电机不断驱动，货物的出入库速度和具体方位都需要经过变频器控制堆垛机上方的货叉实现。

3智能仓储控制系统的设计

3.1硬件设计

智能网关。本项目基于边缘计算架构，设计基于智能网关的智能仓储管理系统，该智能网关的选择能够符合当前主流的开源边缘计算平台，并提供WiFiAP接入。目前可以作为智能网关的设备很多，多采用高性能的嵌入式设备，仍然需要进行大量调研并确定。通过调研发现，在嵌入式人工智能研究通常选择，如英伟达系列JetsonNano，JetsonTX1/TX2，JetsonAGXXavier，树莓派4等高性能开发板。边缘计算的智能网关同样可以选择类似的技术方案，但仍然需要大量调研确定标签设计。标签设计十分关键，不仅要考虑到WiFi接入，同时还需要考虑到可编程性，为后期程序设计的便捷性做好准备。另外，标签硬件还要集成警报模块，用以通过声音进行定位。本项设计选择主流的支持WiFi协议的SoC，如ESP8266、ESP32；同时，考虑到后期程序设计的便捷性，以支持Python程序设计开发优先选用。

3.2拣选作业模块

拣选作业模块是仓储管理系统的主要功能，包括物料拣选和订单生成。拣选模块是对物料进行合理的查找和拣出。需要规划最优路径和接收来自拣选操作人员的反馈命令，并且实时地更新数据库中的数据，生成历史订单信息。拣选作业模块在执行任务的过程中遵循固定的数据格式和匹配度优先级逻辑。首先，接收来自操作人的订单需求；然后，对订单的内容进行分析，判断是否存在足够的库存资料，是否有足够多的对应型号物料；其次，规划最优路线，给出对应的巷道闪烁信号灯和电子标签上面的拣选数量；之后，工作人员依据看到的信号灯依次进入巷道，找到闪烁的信号标签，选择标签上面对应数量的备件，点击确认反馈给程序，标识已经完成该物料的拣选；最后工作人员依次找到其他的信号灯，直到没有信号灯就可以完成全部的备件物料的选取。

物料入库模块。物料入库是对物料货架进行快速补充的主要方式。可以选择单一的业务模块物料入库，也可以选择批量的物料入库。入库需要专门的操作人员核对物料清单和真实的物料清单是否一致，然后对物料进行人工分拣入库。如果物料与描述不一致，需要联系厂家处理，并且需要从该物料入库清单中进行对应的剔除。物料入库是将新的物料入到物料的货架上并生成物料入库单，入库单的信息包括入库单编号、入库时间、入库状态、经办人。入库成功后，入库的数量写入数据库中，计算机自动修改库存量。物料入库导入是操作人员执行入库单的“导入”操作，也可以手动录入入库单。

订单管理模块。订单管理模块是用户选择物料之后形成的订单历史记录表。订单记录表中包含订单的时间、订单的详细物料清单、订单的执行方式等内容。订单管理可以方便对物料的流向进行跟踪和统计。订单管理和库存管理等功能是对物料信息汇总统计的重要操作界面，底层程序处理中需要对同类型以及规格的物料进行管理。

数据统计和库存管理模块。数据统计模块包括物料统计、出入库统计、异常数据统计等场景。物料统计用于计算当前库存物料的基本信息和分布情况。出入库统计用户近期一段时间的记录信息，用于判断当前时间节点备件的消耗情况。异常数据统计包括库存中缺少备件的情况、备件超期的情况或者订单量过大导致用户无法自行处理的情况。

3.3上架策略

物资入库上架，系统应支持多种存储上架策略。系统根据收货信息与上架策略进行信息分析，系统展示推荐入库货位信息，辅助仓管员或对接自动化设备进行快速入库上架操作。地市仓库与中心仓库在仓库容量、库存周转率等方面存在差异，应允许区别配置。相关策略简要介绍如下。分类存储：使出库频率高的货物与距离出入口近的货位相对应，每类货物分配一个库区，在每个库区内，货物随机存放。最短路径存储：货物上架存储时，由系统推荐储位最短路径。相关性存储：基于货物的相关性属性（如同一产品的不同装配部件）将相关货物存储在相邻位置。定位存储：基于吞吐量和存储要求，将货物存储在预定位置。相同供应商存储：相同供应商同类货物应相邻存储。物权存储：同一仓库存储不同物权货物时，相同物权货物相邻存储。

3.4智能仓储的出库管理

针对出库管理而言，出库工作主要包括出货单、出货单的查询以及审核等方面。智能仓储利用出库信息对订单进行分拣，根据客户的订单信息进行分配，如果当前库存量大于客户需求量，则可以正常出货。负责调度的工作人员根据物资计划生成相应的配送计划，并送达到仓库管理员手中。仓库管理员按照有效信息进行操作，完成物资出库工作。

3.5基于物联网实现供应链全过程的智能化配送服务模式

要想实现真正意义上的智能化配送模式，就必须实现企业供应链的共享发展，强化企业的集聚效应，促使企业对更多的信息进行交流。企业的核心目的是盈利，所有的信息共享都是围绕盈利展开的，因此，以物品的状态信息为流动主体的物联网，正是构建产业链供应链体系的关键所在，通过物联网技术的不断发展，实现供应链与产业信息的高度融合发展，进而构建统一、开放的信息化服务平台，在此平台上提供完全意义上的智能化配送服务，为行业效率的提高提供支持。

结语

总之，智能仓储物流系统是未来物流业的发展趋势，是未来物流业发展的重要方向，对于提高我国物流信息发展具有重要意义。加快智能化仓储物流管理系统建设任重道远，需要冷静清醒地认识，提高现代化技术的应用比重，促进先进科学理论技术在物流领域得到更加广泛的应用，推进物流行业不断向前发展，有效解决行业发展中的难题，推进企业发展现代化，向着国际一流水平不断迈进，为国家物流行业的发展以及人民生活水平的提高带来更大便利，加大智能物流仓储攻关，不断完善配套的基础设施，转变企业的发展模式，促进企业革新，转变企业的发展方式，促进物流行业不断向尖端化智能化方向迈进，促进现代化物流行业更好地为我国人民服务。

参考文献

[1]马银忠，邱胜海，王云霞，等.现代物流环境下电子标签拣货系统的设计与实现[J].机械设计与制造，2012（9）：263⁃265.

[2]张文杰，陈万米.基于CAN总线的电子标签拣选系统[J].自动化与仪表，2013，28（3）：32⁃35.

[3]谢世杰.基于电子标签的物料拣选系统的设计与实现[D].武汉：华中科技大学，2016.

[4]何章玮，翁枫，韩卫民，等.基于信息化视角下3D智慧仓库管理系统设计分析[J].科技视界，2021（19）：182⁃183.

[5]高建，直敏，李静.物联网技术在仓库管理中的应用[J].无线互联科技，2022，19（11）：107⁃109.